PROCESS, REACTOR AND SYSTEM FOR FABRICATION OF FREESTANDING TWO-DIMENSIONAL NANOSTRUCTURES USING PLASMA TECHNOLOGY

The present invention relates to a process, reactor and system to produce self-standing two-dimensional nanostructures, using a microwave-excited plasma environment. The process is based on injecting, into a reactor, a mixture (9) of gases and precursors in stream regime. The stream is subjected to a surface wave (5) electric field, excited by the use of microwave power (7) which is introduced into a field applicator ( 6 ), generating high energy density plasmas (2,3,4), that break the precursors into its atomic and/or molecular constituents. The system comprises a plasma reactor with a surface wave launching zone, a transient zone with a progressively increasing cross-sectional area, and a nucleation zone. The plasma reactor together with an infrared radiation source (11) provides a controlled adjustment of the spatial gradients, of the temperature and the gas stream velocity. The majority of the obtained two-dimensional nanostructures samples have a thickness of a single atomic layer, in addition the process and system allow to obtain graphene production rates of the order of one gram per hour and higher. La présente invention concerne un procédé, un réacteur et un système pour produire des nanostructures bidimensionnelles autonomes, à l'aide d'un environnement de plasma excité par micro-ondes. Le procédé est basé sur l'injection, dans un réacteur, d'un mélange (9) de gaz et de précurseurs en régime continu. Le flux est soumis à un champ électrique d'onde de surface (5), excité par l'utilisation d'énergie micro-ondes (7) qui est introduit dans un applicateur de champ (6 ), générant des plasmas de densité d'énergie élevée (2,3,4), qui divisent les précurseurs en ses constituants atomiques et/ou moléculaires. Le système comprend un réacteur à plasma doté d'une zone de lancement d'ondes de surface, d'une zone transitoire présentant une aire de section transversale progressivement croissante, et d'une zone de nucléation. Le réacteur à plasma ainsi qu'une source de rayonnement infrarouge (11) assurent un réglage contrôlé des gradients spatiaux, de la température et de la vitesse du flux gazeux. Les échantillons de nanostructures bidimensionnels obtenus ont en majorité une épaisseur d'une couche atomique unique, en outre, le procédé et le système permettent d'obtenir des taux de production de graphène de l'ordre d'un gramme par heure et plus.